劉艷東

摘 要：虛擬樣機(jī)用來代替真實樣機(jī)，用計算機(jī)仿真模型數(shù)字化技術(shù)代替物理樣機(jī)設(shè)計和制造，有多體系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)和控制理論等為核心。文章分析了液壓支架虛擬樣機(jī)功能組成，對液壓支架虛擬樣機(jī)設(shè)計和應(yīng)用做了分析。

關(guān)鍵詞：液壓支架；虛擬樣機(jī)；設(shè)計應(yīng)用

中圖分類號：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

液壓支架虛擬樣機(jī)是我國上個世紀(jì)90年代中后期才興起的一種煤礦用現(xiàn)代設(shè)計方法和手段，可以說是仿真、虛擬現(xiàn)實等諸多技術(shù)相互結(jié)合的綜合產(chǎn)物。隨著我國科技的發(fā)展，它的應(yīng)用已被用在液壓系統(tǒng)、汽車制造、機(jī)械工程等領(lǐng)域，在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計制造中發(fā)揮了作用。據(jù)筆者所了解，在虛擬造型設(shè)計、虛擬工藝等諸多的方面在我國都取得了較好的成績。

1 液壓支架虛擬樣機(jī)功能組成

它的功能組成，一般來說是以CAD 技術(shù)、計算機(jī)仿真技術(shù)和以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為中心，共同組成。其功能組成具體如圖1所示。從圖中我們不難看出該系統(tǒng)主要由二維建模、三維建模、動力學(xué)仿真、運(yùn)動學(xué)分析、靜力學(xué)分析等組成。

而它的技術(shù)特點(diǎn)是，以低研發(fā)成本、短的研發(fā)周期、高的產(chǎn)品質(zhì)量通過計算機(jī)技術(shù)建立產(chǎn)品的數(shù)字化模型；并且克服單個企業(yè)資源的局限性，來實現(xiàn)動態(tài)聯(lián)盟的重要手段。

我們知道，虛擬樣機(jī)具有多個領(lǐng)域、多種類型的物理特性。在實際生產(chǎn)中為了能對產(chǎn)品特性進(jìn)行全面仿真，虛擬樣機(jī)必須能夠反映產(chǎn)品的各種性能，筆者給出了虛擬樣機(jī)的多視圖結(jié)構(gòu)。如圖2所示。

2 液壓支架虛擬樣機(jī)技術(shù)設(shè)計

2.1 設(shè)計思想。液壓支架虛擬樣機(jī)的設(shè)計中心思想是在物理樣機(jī)實現(xiàn)之前，我們通過在虛擬樣機(jī)上的全面仿真，對產(chǎn)品功能、性能外觀等進(jìn)行猜測、評估和優(yōu)化，以達(dá)到提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低成本和縮短研發(fā)周期。

目前來說，煤礦用虛擬樣機(jī)是對計算機(jī)技術(shù)、CAD 技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)的綜合應(yīng)用，這也對設(shè)計者提出了很高的要求，要求設(shè)計團(tuán)隊在其管理、技術(shù)等方面要全面，更要集中于信息流、物流的集成和優(yōu)化。筆者認(rèn)為，設(shè)計者要對計算機(jī)技術(shù)、CAD 技術(shù)熟悉，同時也要把特殊專業(yè)的知識消化并利用到實際研發(fā)設(shè)計中，目的是更好更快地投入到實際應(yīng)用。

2.2 設(shè)計特點(diǎn)。它在實際設(shè)計中設(shè)計人員要通過虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行設(shè)計，在此基礎(chǔ)上并進(jìn)行試驗和分析，根據(jù)結(jié)果再次對模型信息進(jìn)行動態(tài)的修改。

2.3 設(shè)計方法。在我國，液壓虛擬樣機(jī)設(shè)計技術(shù)采用分布的、并行的方法來建立產(chǎn)品模型，建立的模型一定要具備有效的管理和協(xié)同運(yùn)行這些模型，并具備有產(chǎn)品生命周期及其他信息和在工作中支持信息的共享。

在設(shè)計中我們對每個特定虛擬樣機(jī)的設(shè)計過程要保持?jǐn)?shù)據(jù)視圖。其中，在一個設(shè)計過程中，不同的用戶只能共享該設(shè)計過程中的一個視圖，而且一個特定的用戶可以通過參與不同層次的設(shè)計過程和活動來共享不同層次的產(chǎn)品視圖。

同時，筆者認(rèn)為，它的設(shè)計過程是一個動態(tài)變化的，在設(shè)計過程中，如果當(dāng)一個設(shè)計參數(shù)已經(jīng)通過經(jīng)驗數(shù)據(jù)或其他的計算過程時候，設(shè)計人員可以取消或跳過這個設(shè)計；同時，在工作流運(yùn)行過程中不能對模型實鍘的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，因此設(shè)計人員在這樣的工作流執(zhí)行過程中，不能對設(shè)計過程進(jìn)行動態(tài)的處理。

2.4 對虛擬樣機(jī)的構(gòu)建。經(jīng)過上面的分析，筆者嘗試著對虛擬樣機(jī)進(jìn)行構(gòu)建。第一種對虛擬樣機(jī)方案的設(shè)計構(gòu)建。在操作中我們可以選擇SolidWorks作為三維建模平臺，可以在上面選取Cosmos/Works作為靜力分析的模塊，同時設(shè)計人員可以任意選取Cosmos/motion，DDM 和 Visual NastranDeskTop作為運(yùn)動仿真模塊。

第二種對虛擬樣機(jī)方案的設(shè)計構(gòu)建，同樣我們也可以選擇SolidWorks作三維建模平臺，并選取De-signSpace作為靜力分析模塊，同時選取Cosmos/mo-tion等作為運(yùn)動仿真模塊進(jìn)行設(shè)計構(gòu)建。

第三種對虛擬樣機(jī)方案的設(shè)計構(gòu)建。同樣來說，設(shè)計人員可以選用SolidWorks作三維建模平臺，選取Visual Nastran DeskTop作為靜力分析模塊和運(yùn)動。

在實際操作中，經(jīng)過上面三種方案的比對，筆者認(rèn)為第三種設(shè)計方案是最佳的，在應(yīng)用中我們可以根據(jù)設(shè)計要求的不同，可以任選其一。

3 液壓支架虛擬樣機(jī)的技術(shù)應(yīng)用

說起液壓支架虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，它的應(yīng)用可以貫穿于液壓支架的評估、使用生命周期中，同時也可以對虛擬樣機(jī)代替物理模型對產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用、測試設(shè)計和評估分析，可以大大地提高對產(chǎn)品一次交驗合格率，提高經(jīng)濟(jì)效益。通過這項技術(shù)，我們還可為企業(yè)建立良好的信息化基礎(chǔ)設(shè)施，培養(yǎng)一支掌握現(xiàn)代化設(shè)計、管理方法和手段，具有開拓創(chuàng)新精神的高素質(zhì)技術(shù)人員隊伍和管理人員隊伍。

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